JP2008134097A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量あるいは化学量を検出して電圧信号を出力するセンサ装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device that detects a physical quantity or a chemical quantity and outputs a voltage signal.
従来から、図11に示すように、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子2を有したセンサ部4と、センサ部4の出力を検出する検出回路30とを備えたセンサ装置が知られている(たとえば特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 11, a sensor device including a
図11の検出回路30は蓄積コンデンサC10を有し、センサ部4の出力に応じて蓄積コンデンサC10の電荷を放電させることによってセンサ出力を検出する。この検出回路30には、センサ部4の出力の変化を検知増幅するセンスアンプ回路31と、センスアンプ回路31の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路32と、電流電圧変換回路32の出力により制御されて蓄積コンデンサC10の電荷を放電する放電回路33と、蓄積コンデンサC10の両端電圧を出力する出力回路34とが設けられている。
The
ここで、図11の例では、電流電圧変換回路32にカレントミラー回路(PMOSトランジスタMP1,MP2)を具備しており、これにより、センスアンプ回路31と蓄積コデンサC10とが分離されるので、センスアンプ回路31では蓄積コンデンサC10の両端電圧の影響を受けることがなく、回路の線形性が向上する。したがって比較的高感度のセンサ装置を実現することができる。
ところで、図11のセンサ素子2として、近年提案されているMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いたセンサ素子のように微小なセンサ素子を用いることが考えられる。ただし、この種のセンサ素子2では、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量も比較的小さい。そのため、この種のセンサ素子2を特許文献1に記載の発明に用いる場合には、蓄積コンデンサC10の両端電圧の変化量も小さくなり、十分な感度を確保することは困難である。
By the way, as the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、十分な感度を確保することができるセンサ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above reasons, and even when a sensor element having a small amount of change in electrical quantity taken out in accordance with a change in physical quantity or chemical quantity is used, sufficient sensitivity can be ensured. An object of the present invention is to provide a sensor device that can be used.
請求項1の発明では、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子を有したセンサ部と、センサ部の出力を電流信号に変換する電流変換部と、電流変換部からの電流信号を入力として電圧信号を出力する電流電圧変換部とを備え、電流電圧変換部は、それぞれ電流変換部からの電流信号により充電される複数のコンデンサと、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサを充電するように前記複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときに前記複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように前記複数のコンデンサを直列に接続する接続切替手段とを有することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a sensor unit having a sensor element that converts a physical quantity or a chemical quantity into an electric quantity, a current converter that converts the output of the sensor part into a current signal, and a current signal from the current converter are input. A current-voltage converter that outputs a voltage signal as a current-voltage converter, each of which is charged with a current signal from the current converter, and each capacitor is input with a current signal when the current signal is input. Connection switching means for connecting the plurality of capacitors in series so that the plurality of capacitors are connected in parallel so as to be charged, and the sum of voltages across the plurality of capacitors is output when a voltage signal is output. It is characterized by that.
この構成によれば、電流電圧変換部は、電流信号を入力するときには電流信号で各コンデンサを充電するように接続切替手段により複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときには複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように接続切替手段により複数のコンデンサを直列に接続するので、電流変換部からの電流信号は電圧信号に変換されるとともに前記コンデンサの個数に応じた増幅率で増幅されて出力される。したがって、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、センサ装置から出力される電圧信号は比較的大きく変化することとなり、十分な感度を確保することができる。 According to this configuration, the current-voltage conversion unit connects the plurality of capacitors in parallel by the connection switching unit so that each capacitor is charged with the current signal when the current signal is input, and the plurality of capacitors when the voltage signal is output. Since a plurality of capacitors are connected in series by the connection switching means so as to output the sum of the voltages at both ends, the current signal from the current converter is converted into a voltage signal and amplified with an amplification factor according to the number of capacitors. Is output. Therefore, even when a sensor element with a small change in the amount of electricity extracted in accordance with a change in physical quantity or chemical quantity is used, the voltage signal output from the sensor device changes relatively greatly, ensuring sufficient sensitivity. can do.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記センサ部と前記電流変換部との間に挿入されオフ状態で前記センサ部を前記電流変換部から分離するスイッチと、前記スイッチがオフの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した電圧信号を回路オフセット値として保持する回路オフセットレジスタと、前記スイッチがオンの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した出力した電圧信号をセンサ信号値として保持するセンサ信号レジスタと、センサ信号レジスタに保持されたセンサ信号値から回路オフセットレジスタに保持された回路オフセット値を減算した値を出力する演算器とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the switch is inserted between the sensor unit and the current conversion unit and separates the sensor unit from the current conversion unit in the off state, and the switch is off. In a state, a circuit offset register that holds a voltage signal output from the current-voltage conversion unit that receives a current signal from the current conversion unit as a circuit offset value, and from the current conversion unit in a state in which the switch is on A sensor signal register that holds, as a sensor signal value, an output voltage signal output from the current-voltage conversion unit that has input a current signal, and a circuit offset value that is held in a circuit offset register from the sensor signal value held in the sensor signal register And an arithmetic unit that outputs a value obtained by subtracting.
この構成によれば、演算器は、センサ信号値から回路オフセット値を減算した値を出力するので、演算器の出力においては、電流変換部および電流電圧変換部の構成要素が持っている電荷に起因する回路オフセット成分を除去した値、つまりセンサ部の出力のみに対応するセンサ検出成分を検出結果として取り出すことができ、検出精度が向上する。 According to this configuration, the computing unit outputs a value obtained by subtracting the circuit offset value from the sensor signal value. Therefore, in the output of the computing unit, the electric charge possessed by the components of the current conversion unit and the current-voltage conversion unit is included. A value obtained by removing the resulting circuit offset component, that is, a sensor detection component corresponding only to the output of the sensor unit can be extracted as a detection result, and detection accuracy is improved.
本発明は、電流電圧変換部が、それぞれ電流変換部からの電流信号により充電される複数のコンデンサと、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサを充電するように複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときに複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように複数のコンデンサを直列に接続する接続切替手段とを有するので、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、出力される電圧信号は比較的大きく変化することとなり、十分な感度を確保できるという利点がある。 In the present invention, the current-voltage conversion unit includes a plurality of capacitors that are charged by current signals from the current conversion units, and a plurality of capacitors that are connected in parallel so that each capacitor is charged by the current signal when the current signal is input. Since it has connection switching means for connecting a plurality of capacitors in series so as to output the sum of voltages across the plurality of capacitors when connecting and outputting a voltage signal, it is taken out in accordance with a change in physical quantity or chemical quantity Even when a sensor element with a small amount of change in the amount of electricity is used, the output voltage signal changes relatively greatly, and there is an advantage that sufficient sensitivity can be secured.
(実施形態1)
本実施形態のセンサ装置1は、図1に示すように、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子2を有したセンサ部4と、センサ部4の出力を電流信号に変換する電流変換部3と、電流変換部3からの電流信号を入力として電圧信号を出力する電流電圧変換部5と、電流電圧変換部5の出力を後段の回路(たとえば演算回路)に出力する出力部6とを備える。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
ここで、センサ素子2の一例として、赤外線を受光することによる温度上昇に応じて電気量を変化させるものがある。この種のセンサ素子2は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製作することができるので、多数のセンサ素子2を1枚の基板上に配列することによりセンサアレイを構成することも可能である。本実施形態のセンサ部4は、センサ素子2における電気量変化に応じた電圧信号を電流変換部3に出力する。なお、センサ部4に複数のセンサ素子2を有する場合には、図2(a)に示すようにセンサ素子2の出力に応じた電流信号を出力する電流変換部3をセンサ素子2ごとにそれぞれ設けてもよいし、図2(b)に示すように複数(ここでは2個)のセンサ素子2の出力の差分(A−B)を電流信号として出力する電流変換部3を用いてもよい。
Here, as an example of the
ところで、本実施形態の電流電圧変換部5は、図1のように複数のコンデンサC1〜C3と、これら複数(図示例では3個)のコンデンサC1〜C3の接続関係を切り替える接続切替手段としての複数のスイッチ要素S1〜S12とを有している。具体的には電流電圧変換部5は、電流変換部3に対して第1のスイッチ要素S1を介して接続された信号線7を備える。
By the way, the current-
第1のコンデンサC1は、一端が第2のスイッチ要素S2を介して信号線7に接続され、且つ他端が基準電位Vsに維持された回路の基準電位点(たとえば筐体接地電位点)に接続されている。第2のコンデンサC2は、一端が第3のスイッチ要素S3を介して信号線7に接続され、且つ他端が第4のスイッチ要素S4を介して基準電位点に接続されている。また、第3のコンデンサC3は、一端が第5のスイッチ要素S5を介して信号線7に接続され、且つ他端が第6のスイッチ要素S6を介して基準電位点に接続されている。この構成により、第2〜第6のスイッチ要素S2〜S6が全てオンの状態で、第1〜第3のコンデンサC1〜C3は、信号線7と基準電位Vsの基準電位点との間に並列に接続されることになる。
The first capacitor C1 has one end connected to the
一方、第1のコンデンサC1の一端と第2のコンデンサC2の他端とは第7のスイッチ要素S7を介して接続され、第2のコンデンサC2の一端と第3のコンデンサC3の他端とは第8のスイッチ要素S8を介して接続されている。これにより、第2,第3,第5,第6のスイッチ要素S2,S3,S5,S6がオフであり、且つ第4,第7,第8のスイッチ要素S4,S7,S8がオンの状態で、第1〜第3のコンデンサC1〜C3は、信号線7と基準電位Vsの基準電位点との間に直列に接続されることになる。ここで、信号線7は、出力部6を構成するバッファ8の入力端子に、第9のスイッチ要素を介して接続されている。
On the other hand, one end of the first capacitor C1 and the other end of the second capacitor C2 are connected via a seventh switch element S7, and one end of the second capacitor C2 and the other end of the third capacitor C3 are connected. It is connected via an eighth switch element S8. As a result, the second, third, fifth, and sixth switch elements S2, S3, S5, and S6 are off, and the fourth, seventh, and eighth switch elements S4, S7, and S8 are on. Thus, the first to third capacitors C1 to C3 are connected in series between the
また、第1のコンデンサC1の一端は第10のスイッチ要素S10を介して基準電位点に接続され、第2のコンデンサC2の一端は第11のスイッチ要素S11を介して基準電位点に接続され、第3のコンデンサC3の一端は第12のスイッチ要素S12を介して基準電位点に接続されている。第10〜第12の各スイッチ要素S10〜S12は各コンデンサC1〜C3のリセット用のスイッチ要素であって、第5,第6,第10〜第12の各スイッチ要素S5,S6,S10〜S12がオンのときに各コンデンサC1〜C3の両端が基準電位Vsの基準電位点に接続されることになる。 One end of the first capacitor C1 is connected to the reference potential point via the tenth switch element S10, and one end of the second capacitor C2 is connected to the reference potential point via the eleventh switch element S11. One end of the third capacitor C3 is connected to the reference potential point via the twelfth switch element S12. The tenth to twelfth switch elements S10 to S12 are reset switch elements for the capacitors C1 to C3, and the fifth, sixth, and tenth to twelfth switch elements S5, S6, S10 to S12. When is turned on, both ends of the capacitors C1 to C3 are connected to the reference potential point of the reference potential Vs.
ここにおいて、上述したように構成される電流電圧変換部5の動作は、各コンデンサC1〜C3をリセットする第1ステップST1と、電流変換部3からの電流信号を入力する(サンプリングする)第2ステップST2と、前記電流信号に応じた電圧信号を増幅する第3ステップST3と、増幅後の電圧信号を出力部6に出力する第4ステップST4との4つのステップに分かれており、ステップST1〜ST4ごとにスイッチ要素S1〜S12のオンオフ状態が図示しない制御部からの制御信号φ1〜φ6により制御される。ここで、第1〜第3のスイッチ要素S1〜S3は同一の制御信号φ1によりオンオフし、第4のスイッチ要素S4は制御信号φ3によりオンオフし、第5,第6のスイッチ要素S5,S6は同一の制御信号φ5によりオンオフし、第7,第8のスイッチ要素S7,S8は同一の制御信号φ2によりオンオフし、第9のスイッチ要素S9は制御信号φ6によりオンオフし、第10〜第12のスイッチ要素S10〜S12は同一の制御信号φ4によりオンオフする。
Here, the operation of the current-
ステップST1〜ST4ごとのスイッチ要素S1〜S12のオンオフ制御状態を図3に示す。図3では、制御信号φ1〜φ6を示しており、各スイッチ要素S1〜S12は、それぞれ対応する制御信号φ1〜φ6がハイレベル(H)のときにオンし、ローレベル(L)のときにオフする。 FIG. 3 shows on / off control states of the switch elements S1 to S12 for each of the steps ST1 to ST4. In FIG. 3, control signals φ1 to φ6 are shown, and each switch element S1 to S12 is turned on when the corresponding control signal φ1 to φ6 is at a high level (H), and when it is at a low level (L). Turn off.
以下に、本実施形態のセンサ装置1の動作について図3〜図8を参照して説明する。
Below, operation | movement of the
第1ステップST1においては、制御信号φ4,φ5によって図4に示すように複数のスイッチ要素S1〜S12のうち、第5,第6,第10〜第12の各スイッチ要素S5,S6,S10〜S12のみがオンとなる。この状態で、第1〜第3の各コンデンサC1〜C3は両端が基準電位Vsの基準電位点に接続され、各コンデンサC1〜C3に蓄積されている電荷が放電されて各コンデンサC1〜C3がリセットされる。このとき、信号線7は電流変換部3と出力部6とのいずれにも接続されていない。なお、コンデンサC1〜C3をリセットする第1ステップST1では、各コンデンサC1〜C3の両端を基準電位点に接続する構成に代えて、各コンデンサC1〜C3の両端間をそれぞれ短絡させる構成を採用してもよい。
In the first step ST1, the fifth, sixth, tenth to twelfth switch elements S5, S6, S10 among the plurality of switch elements S1 to S12 as shown in FIG. Only S12 is turned on. In this state, both ends of the first to third capacitors C1 to C3 are connected to the reference potential point of the reference potential Vs, and the charges accumulated in the capacitors C1 to C3 are discharged, so that the capacitors C1 to C3 are discharged. Reset. At this time, the
次に、第2ステップST2においては、制御信号φ1,φ3,φ5によって図5に示すように複数のスイッチ要素S1〜S12のうち、第1〜第6のスイッチ要素S1〜S6のみがオンとなる。この状態で、第1〜第3のコンデンサC1〜C3が信号線7と基準電位Vsの基準電位点との間に並列に接続され、且つ信号線7が電流変換部3の出力に接続される。したがって、各コンデンサC1〜C3が電流変換部3からの電流信号によってそれぞれ充電される。すなわち、各コンデンサC1〜C3には、電流変換部3の出力に応じた電荷が蓄積される。
Next, in the second step ST2, only the first to sixth switch elements S1 to S6 among the plurality of switch elements S1 to S12 are turned on by the control signals φ1, φ3, and φ5 as shown in FIG. . In this state, the first to third capacitors C1 to C3 are connected in parallel between the
次の第3ステップST3においては、制御信号φ2によって図6に示すように複数のスイッチ要素S1〜S12のうち、第7,第8のスイッチ要素S7,S8のみがオンとなる。この状態で、第1〜第3のコンデンサC1〜C3は直列に接続されることになり、この直列回路の両端間(つまり第1のコンデンサC1の基準電位Vs側の端子と第3のコンデンサC3の第4のスイッチ要素S4側の端子との間)には第1〜第3のコンデンサC1〜C3に充電された電圧の和が現れる。すなわち、第3のコンデンサC3の第4のスイッチ要素S4側の端子には第1〜第3のコンデンサC1〜C3の両端電圧を合計した電位が生じる。このとき、信号線7は電流変換部3と出力部6とのいずれにも接続されていない。
In the next third step ST3, only the seventh and eighth switch elements S7 and S8 are turned on among the plurality of switch elements S1 to S12 as shown in FIG. 6 by the control signal φ2. In this state, the first to third capacitors C1 to C3 are connected in series. Between both ends of the series circuit (that is, the terminal on the reference potential Vs side of the first capacitor C1 and the third capacitor C3). The sum of the voltages charged in the first to third capacitors C1 to C3 appears between the fourth switch element S4 and the terminal on the fourth switch element S4 side. That is, a potential obtained by summing the voltages across the first to third capacitors C1 to C3 is generated at the terminal on the fourth switch element S4 side of the third capacitor C3. At this time, the
次の第4ステップST4においては、制御信号φ2,φ3,φ6によって図7に示すように複数のスイッチ要素S1〜S12のうち、第4,第7〜第9のスイッチ要素S4,S7〜S9のみがオンとなる。なお、ここでは第3ステップST3から第4ステップST4に移行する際に制御信号φ2をハイレベル(H)に維持しており、第7,第8のスイッチ要素S7,S8は継続してオンする。この状態で、第1〜第3のコンデンサC1〜C3からなる直列回路が信号線7と基準電位Vsの基準電位点との間に接続され、且つ信号線7が出力部6の入力に接続される。したがって、出力部6には第1〜第3のコンデンサC1〜C3の両端電圧を合計した電圧が電圧信号として入力される。出力部6は、入力された電圧をバッファ8により後段の回路(たとえば演算回路)に取り出す。
In the next fourth step ST4, only the fourth to seventh switch elements S4, S7 to S9 among the plurality of switch elements S1 to S12 as shown in FIG. 7 by the control signals φ2, φ3, and φ6 are shown. Is turned on. Here, the control signal φ2 is maintained at the high level (H) when the third step ST3 is shifted to the fourth step ST4, and the seventh and eighth switch elements S7 and S8 are continuously turned on. . In this state, the series circuit including the first to third capacitors C1 to C3 is connected between the
上述したように、4つのステップST1〜ST4を順に実行することにより、電流電圧変換部5はチャージポンプとして機能し、第1〜第3のコンデンサC1〜C3のリセット、電流信号の入力、電圧信号の増幅、電圧信号の出力を順に行う。ここで、第3のコンデンサC3における第4のスイッチ要素S4側の端子の電位V1(図1参照)と、出力部6の出力電位V2(図1参照)とはステップST1〜ST4ごとに変化し、たとえば図8に示すように、第1ステップST1では両電位V1,V2が共に基準電位Vsにあり、第2ステップST2では電位V1がコンデンサC3の充電電位Vc3となり、第3ステップST3では電位V1が全コンデンサC1〜C3の両端電圧を合計した電位Vallとなり、第4ステップST4では両電位V1,V2が共に電位Vallになる。
As described above, by sequentially executing the four steps ST1 to ST4, the current-
本実施形態のセンサ装置1は、上記4つのステップST1〜ST4を周期的に繰り返すことによって、電流変換部3から出力される電流信号を断続的に増幅して電圧信号(電圧値)として出力することができる。この構成によれば、電流電圧変換部5がチャージポンプとして機能し電流変換部3からの電流信号を増幅して電圧信号として出力しているので、電流変換部3から出力される電流信号の変化量が微小であっても、出力部6からは変化量の比較的大きい電圧信号を取り出すことできる。その結果、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子2を用いた場合でも、十分な感度を確保することができるという利点がある。
The
上述した実施形態では、コンデンサC1〜C3を3個とした例を示したが、電流電圧変換部5に設けられるコンデンサの個数は3個に限るものではなく複数であればよい。たとえば、コンデンサを4個設ける場合には、第3ステップST3において第2のコンデンサC2と第3のコンデンサC3との間に第4のコンデンサが直列に接続されるように、第4のコンデンサの一端を制御信号φ2でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して第3のコンデンサC3の他端に接続し、第2のコンデンサC2の一端を第8のスイッチ要素S8を介して第4のコンデンサの他端に接続すればよい。この場合に、第4のコンデンサの他の接続関係は第2のコンデンサC2と同様であり、第4のスイッチ要素の一端は制御信号φ1でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して信号線7に接続されるとともに、制御信号φ4でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して基準電位Vsの基準電位点に接続される。さらに、第4のスイッチ要素の他端は制御信号φ5でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して基準電位点に接続される。
In the embodiment described above, an example in which the number of capacitors C1 to C3 is three has been described. However, the number of capacitors provided in the current-
(実施形態2)
本実施形態のセンサ装置1は、図9に示すように、センサ部4と電流変換部3との間にスイッチSWが付加されている点、および出力部6の後段に演算回路9が付加されている点が実施形態1のセンサ装置1と相違する。スイッチSWはオフ時にセンサ部4を電流変換部3から分離するものであって、制御部からの制御信号φ7(図10参照)によってオンオフ制御される。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 9, the
演算回路9は、出力部6から出力されたアナログの電圧信号(電圧値)をAD(アナログ−デジタル)変換するADコンバータ10を有し、ADコンバータ10の後段には出力先を第1出力11aおよび第2出力11bから択一的に選択する選択回路11を有している。選択回路11の第1出力11aには、ADコンバータ10の出力を回路オフセット値として保持する回路オフセットレジスタ12が接続され、選択回路11の第2出力11bには、ADコンバータ10の出力をセンサ信号値として保持するセンサ信号レジスタ13が接続される。回路オフセットレジスタ12およびセンサ信号レジスタ13には、センサ信号レジスタ13内の値(センサ信号値)から回路オフセットレジスタ12内の値(回路オフセット値)を減算して出力する演算器14が接続されており、演算器14の出力は検出結果として出力レジスタ15に保持される。
The
電流電圧変換部5の動作は、実施形態1と同様に第1〜第4の4つのステップST1〜ST4に分かれており、ステップST1〜ST4ごとにスイッチ要素S1〜S12のオンオフ状態が図示しない制御部からの制御信号φ1〜φ6により制御される。一方、センサ装置1全体としての動作は、上記4つのステップST1〜ST4からなる回路オフセット情報収集期間T1と、回路オフセット情報収集期間T1の後に設定され、上記4つのステップST1〜ST4からなる信号情報集期間T2との2つの期間に分類される。すなわち、センサ装置1全体の動作は、回路オフセット情報収集期間T1中の4つのステップST1〜ST4、および信号情報収集期間T2中の4つのステップST1〜ST4の合計8つのステップに分かれることになり、これら8つのステップを行うごとに出力レジスタ15に検出結果が出力される。
The operation of the current-
ステップST1〜ST4ごとのスイッチ要素S1〜S12およびスイッチSWのオンオフ制御状態を図10に示す。図10では、制御信号φ1〜φ7を示しており、各スイッチ要素S1〜S12およびスイッチSWは、対応する制御信号φ1〜φ7がハイレベル(H)のときにオンし、ローレベル(L)のときにオフする。スイッチSWは、信号情報収集期間T2における第2ステップST2でのみ制御信号φ7によってオンし、それ以外のステップではオフ状態にある。また、選択回路11は、回路オフセット情報収集期間T1の第4ステップST4では第1出力11aを選択し、信号情報収集期間T2の第4ステップST4では第2出力11bを選択するように制御部で制御される。
FIG. 10 shows on / off control states of the switch elements S1 to S12 and the switch SW for each of the steps ST1 to ST4. In FIG. 10, control signals φ1 to φ7 are shown. The switch elements S1 to S12 and the switch SW are turned on when the corresponding control signals φ1 to φ7 are at a high level (H), and are at a low level (L). Sometimes off. The switch SW is turned on by the control signal φ7 only in the second step ST2 in the signal information collection period T2, and is in the off state in other steps. Further, the
ところで、センサ部4の出力のみに対応する電圧信号を出力することができればセンサ装置1としての検出精度は高くなるが、実際には、電流変換部3や電流電圧変換部5の構成要素が電荷を持っていることがあり、この電荷が電流電圧変換部5のコンデンサC1〜C3に蓄積されることにより、センサ部4の出力成分に前記電荷が重畳して出力されることがある。
By the way, if a voltage signal corresponding only to the output of the
具体的には、電流電圧変換部5のスイッチ要素S1〜S12にトランジスタを用いるのであれば、トランジスタに生じるノイズ(1/fノイズ、熱雑音など)が前記電荷として電流電圧変換部5のコンデンサC1〜C3に蓄積されることがある。また、素子製造時に半導体プロセスのミスマッチによる加工ばらつきを生じることがあり、たとえばMOSトランジスタのゲート幅が設計値と異なる場合には流れる電流量が変化する。その結果、設計上の回路出力と実際の回路出力との間に定常的に誤差が発生し、この誤差分がセンサ部4の出力成分に重畳される。つまり、センサ部4の出力のみに対応する成分をセンサ検出成分とし、回路の構成要素が持っている電荷に対応する成分を回路オフセット成分とすると、センサ検出成分に回路オフセット成分が重畳された電圧信号が出力部6から出力されることにより、回路オフセット成分の分だけセンサ装置1の検出精度が低下する。
Specifically, if a transistor is used for the switch elements S1 to S12 of the current-
これに対して、本実施形態のセンサ装置1は、演算器14でセンサ信号値から回路オフセット値を減算して出力することにより、上述した回路オフセット成分の影響を除去したセンサ検出成分を出力可能とするものである。
On the other hand, the
以下に、本実施形態のセンサ装置1の動作について図10を参照して説明する。
Below, operation | movement of the
回路オフセット情報収集期間T1においては、常にスイッチSWがオフしてセンサ部4を電流変換部3から分離した状態で電流電圧変換部5が動作する。電流電圧変換部5は、各ステップST1〜ST4において実施形態1と同様に動作し、これにより第4ステップST4においては電流変換部3からの電流信号に対応する電圧信号が、出力部6を介して演算回路9に出力される。このとき、選択回路11は第1出力11aを選択しているので、出力部6からの出力はAD変換された後に回路オフセットレジスタ12に回路オフセット値として保持される。
In the circuit offset information collection period T1, the current-
ここで、回路オフセット値として回路オフセットレジスタ12に保持された値は、電流変換部3および電流電圧変換部5の構成要素が持っている電荷に起因した回路オフセット成分に相当する。
Here, the value held in the circuit offset
一方、信号情報収集期間T2においては、電流電圧変換部5が電流変換部3からの電流信号を入力する第2ステップST2に、スイッチSWがオンしてセンサ部4を電流変換部3に接続した状態で電流電圧変換部5が動作する。電流電圧変換部5は、各ステップST1〜ST4においては実施形態1と同様に動作し、これにより第4ステップST4においては電流変換部3からの電流信号に対応する電圧信号が出力部6を介して演算回路9に出力される。このとき、選択回路11は第2出力11bを選択しているので、出力部6からの出力はAD変換された後にセンサ信号レジスタ13にセンサ信号値として保持される。
On the other hand, in the signal information collection period T2, the switch SW is turned on to connect the
ここで、センサ信号値としてセンサ信号レジスタ13に保持された値は、センサ部4の出力のみに対応するセンサ検出成分に、電流変換部3および電流電圧変換部5の構成要素が持っている電荷に起因した回路オフセット成分が重畳された値に相当する。その後、演算器14がセンサ信号値から回路オフセット値を減算した値を検出結果として出力レジスタ15に出力し、出力レジスタ15に保持させる。
Here, the value held in the sensor signal register 13 as the sensor signal value is a charge that the components of the
結果的に、出力レジスタ15には、センサ検出成分に回路オフセット成分が重畳された値から回路オフセット成分を除いた検出結果が保持されることになるので、この検出結果を取り出すことにより、回路オフセット成分の影響を除去したセンサ検出成分を取り出すことができる。したがって、センサ部4の出力のみに対応する電圧信号を検出結果として取り出すことができ、検出精度が向上するという利点がある。
As a result, since the detection result obtained by removing the circuit offset component from the value obtained by superimposing the circuit offset component on the sensor detection component is held in the
1 センサ装置
2 センサ素子
3 電流変換部
4 センサ部
5 電流電圧変換部
12 回路オフセットレジスタ
13 センサ信号レジスタ
14 演算器
C1〜C3 コンデンサ
S1〜S12 スイッチ要素(接続切替手段)
SW スイッチ
DESCRIPTION OF
SW switch
Claims (2)
A switch that is inserted between the sensor unit and the current conversion unit and separates the sensor unit from the current conversion unit in an OFF state, and a current signal from the current conversion unit is input in the OFF state. A circuit offset register that holds a voltage signal output from the current-voltage converter as a circuit offset value, and an output output from the current-voltage converter that receives a current signal from the current converter while the switch is on. A sensor signal register that holds the voltage signal as a sensor signal value, and a calculator that outputs a value obtained by subtracting the circuit offset value held in the circuit offset register from the sensor signal value held in the sensor signal register. The sensor device according to claim 1, wherein:
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- 2006-11-27 JP JP2006319022A patent/JP2008134097A/en active Pending
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